與BACnet的應(yīng)用探討

1、LonWorks與BACnet的應(yīng)用探討【摘要】介紹了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）目前采用通信協(xié)議及應(yīng)用情況，重點(diǎn)針對(duì)LonWorks與BACnet進(jìn)行比較，分析了幾種典型結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)，探討了樓宇系統(tǒng)通信協(xié)議發(fā)展趨勢(shì)?！娟P(guān)鍵詞】通信協(xié)議 分布式結(jié)構(gòu) 互操作性 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)信息技術(shù)及整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，樓宇自動(dòng)化正向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。大系統(tǒng)集成基礎(chǔ)就是通信網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)核心體現(xiàn)系統(tǒng)集成及相關(guān)通信協(xié)議上。確保信息正常傳送，必須有關(guān)信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等方面有一組約定或規(guī)則，這組約定或規(guī)則就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。簡(jiǎn)單說，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議好像各設(shè)備間通信時(shí)使用語(yǔ)言。各家通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和性能差異，存著系統(tǒng)間通

2、信兼容和互換性問題，需要一個(gè)統(tǒng)一開放式標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)各家產(chǎn)品相互兼容和交換。這樣做好處是所有廠家儀表、系統(tǒng)都可進(jìn)行互相通信，使各制造商產(chǎn)品不受專有協(xié)議限制，給用戶使用帶來極大方便。主要優(yōu)點(diǎn)有：減少布線、安裝等費(fèi)用；節(jié)省操作與維修費(fèi)用；數(shù)字傳遞精度高；增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性和升級(jí)方便性。目前國(guó)際上網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議發(fā)展很快，均處于不斷變化中。樓宇控制系統(tǒng)領(lǐng)域，目前主要采用Echelon公司LonWorks（Local Operating Network）協(xié)議及美國(guó)ASHRAE（美國(guó)暖通、空調(diào)和制冷工程師協(xié)會(huì)）BACnet（A Date Communication Protocol for Building Au

3、tomation and Control Networks）協(xié)議。盡管許多廠商均認(rèn)可這兩項(xiàng)技術(shù)，它們還被寫進(jìn)歐洲CENTC247建筑控制標(biāo)準(zhǔn)文件中，目前許多廠商自己產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)，不斷發(fā)展自己標(biāo)準(zhǔn)。目前，大多數(shù)局域網(wǎng)、主干網(wǎng)與Internet互連技術(shù)已成熟并到了廣泛應(yīng)用。樓宇系統(tǒng)設(shè)備多，控制網(wǎng)絡(luò)五花八門，各廠家提供樓宇設(shè)備和控制系統(tǒng)，其通信協(xié)議不同，造成不同廠商設(shè)備之間沒有很好互操作性，實(shí)際上很難同一系統(tǒng)中混用。影響系統(tǒng)管理、維護(hù)和安全。長(zhǎng)期以來，用戶一直希望打破樓宇控制廠家壟斷局面，迫切盼望采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。眾多廠家也一直競(jìng)爭(zhēng)，力爭(zhēng)占領(lǐng)更多市場(chǎng)，均希望使自己成為系統(tǒng)開放關(guān)鍵角色。結(jié)果是樓宇系統(tǒng)

4、越復(fù)雜，用戶所受限制也越多。，樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域，要求增加系統(tǒng)透明性、互操作性呼聲也越來越高。人們已經(jīng)看到，一個(gè)不具備開放性、不能實(shí)現(xiàn)互操作系統(tǒng)會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、升級(jí)改造帶來極大不便。這種形式下，LonWorks和BACnet等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。LonWorks與BACnet二者到底誰(shuí)優(yōu)勢(shì)更大？似乎各有所長(zhǎng)。本文就控制協(xié)議應(yīng)用及發(fā)展作如下討論。1 LonWorks應(yīng)用情況LonWorks是1993年推出，它具有統(tǒng)一性、開放性和互操作性。LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ON網(wǎng)絡(luò)，其核心為Neuron芯片，它既能管理通信，又具有輸入、輸出功能，芯片內(nèi)部含有三個(gè)CPU，分別管理網(wǎng)絡(luò)、介質(zhì)訪問和應(yīng)用。

5、LonWorks神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種近年來已廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其最大特點(diǎn)是掛接LON總線上備控制節(jié)點(diǎn)都有裝配有神經(jīng)元控制芯片，而每只芯片內(nèi)已固化有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這就使接入LON總線各類設(shè)備可互通信，可實(shí)現(xiàn)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)集成，它短時(shí)間內(nèi)到了自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛關(guān)注和普遍接受，樓宇自動(dòng)控制領(lǐng)域更成為實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉fLonWorks技術(shù)最大應(yīng)用領(lǐng)域就是樓宇自動(dòng)化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)所有領(lǐng)域，即人口控制、電梯和能源管理、消防、救生、供暖通風(fēng)、測(cè)量、保安等。建筑業(yè)中，LonWorks協(xié)議中介質(zhì)訪問控制層，即第七層協(xié)議中第一、二層已經(jīng)被（ASHRAE）接納為建筑自動(dòng)化控制

6、網(wǎng)絡(luò)（BACnet）標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所采納。LON網(wǎng)絡(luò)采用通信協(xié)議稱為L(zhǎng)ontalk協(xié)議，該協(xié)議對(duì)用戶完全開放，支持多種通信媒介，可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間互操作。 LonWorks作為局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制領(lǐng)域應(yīng)用，LON網(wǎng)絡(luò)是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代替LAN中工作站，并將其安裝監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，直接與各種傳感器、控制器相連。LonWorks網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)間可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)信息傳送，具有很好互操作性。支持LonWorks各種智能節(jié)點(diǎn)（如溫度、濕度、壓力、二氧化碳檢測(cè)，執(zhí)行器、控制器、數(shù)據(jù)記錄及趨勢(shì)分析等），能使傳感器、變送器與執(zhí)行器本身帶有數(shù)據(jù)處

7、理和數(shù)據(jù)通信功能，它們十分有效支持了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建，所有匹配智能節(jié)點(diǎn)、輸入輸出模塊樓宇設(shè)備系統(tǒng)，都能方便組成真正分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。LON網(wǎng)絡(luò)一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)32000個(gè)，是哪一類節(jié)點(diǎn)，都含有用于控制和通信Neuron芯片，用于連接一個(gè)或多個(gè)IO設(shè)備IO接口，以及負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)連接上網(wǎng)收發(fā)器。采用LonWorks技術(shù)網(wǎng)絡(luò)可以輕松實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同產(chǎn)品之間對(duì)等通訊，廣泛用來構(gòu)建分布式控制網(wǎng)絡(luò)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)可靠性。LonWorks互操作協(xié)議設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品之間互聯(lián)，這為系統(tǒng)集成提供了方便，尤其為打破某些公司專項(xiàng)技術(shù)壟斷提供了可能。 LonWorks技術(shù)用于樓宇自動(dòng)

8、化系統(tǒng)（BAS）中已較為成熟，圖1為采用LonWorks技術(shù)集成系統(tǒng)示意圖。從目前己應(yīng)用情況來看，很多已建系統(tǒng)BAS主要采用LonWorks技術(shù)，其問題之一是對(duì)系統(tǒng)布線要求較苛刻。 圖1 采用Lonworks大樓自動(dòng)化系統(tǒng) 2 BACnet協(xié)議應(yīng)用BACnet標(biāo)準(zhǔn)誕生，結(jié)束了樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域眾多廠家各自為政局面。BACnet作為一種標(biāo)準(zhǔn)開放式數(shù)據(jù)通信協(xié)議，使不同廠家樓宇設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)互操作，也就是說，一個(gè)系統(tǒng)中，允許混用不同廠家設(shè)備，并能為這些設(shè)備提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)通信服務(wù)和協(xié)議操作平臺(tái)。這個(gè)僅給用戶提供了更大選擇空間，給系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)提供了靈活性。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)曖通空調(diào)、給

9、水排水、消防、保安等樓宇系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它提供廣種描述各種樓宇設(shè)備模型，使各種設(shè)備能互操作和協(xié)同工作。BACnet定義了異種不同LAN環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)工作站之間通信規(guī)程，它利太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)BACnet協(xié)議，其傳輸性能較傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)有較大提高。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，用"對(duì)象"、"屬性"和"服務(wù)"等要素定義信息格式，它定義了一種具有屬性對(duì)象來表示任意樓宇系統(tǒng)設(shè)備功能，提供了一種標(biāo)準(zhǔn)表示樓宇自控設(shè)備方式。目前BACnet共定義了18個(gè)對(duì)象，123個(gè)屬性和32種服務(wù)。很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間對(duì)等通訊，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，可靠性

10、大大提高。BACnet中，一個(gè)設(shè)備可以從另個(gè)設(shè)備中獲取信息，可操作另一設(shè)備或向多個(gè)設(shè)備發(fā)布信息。BACnet對(duì)象和屬性提供了通信共同語(yǔ)言，而服務(wù)則提供了信息傳遞手段。協(xié)準(zhǔn)通信協(xié)議應(yīng)該是開放，利用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議集成方法目前還未達(dá)到廣泛應(yīng)用，但它應(yīng)用前景看好，尤其是大系統(tǒng)和那些可能還要進(jìn)一步擴(kuò)容和升級(jí)大系統(tǒng)。  圖2 采用BACnet樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 圖2表示分散建筑之間采用分布式網(wǎng)絡(luò)集成一種方案。這些樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表盤和控制器也能實(shí)現(xiàn)分個(gè)人控制功能，而不再是必須依靠中央控制器。它能利用集成網(wǎng)絡(luò)所提供技術(shù)，快速、便利傳遞和控制數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)之間提供界

11、面。3 通信協(xié)議應(yīng)用及發(fā)展 LonWtorks與BACnet已競(jìng)爭(zhēng)多年，各自都有自己用戶群。樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域，有此廠家有意把他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)成LonWorks與BACnet混合，作為他們標(biāo)準(zhǔn)。幾種典型結(jié)構(gòu)見圖3。  圖3 幾種典型應(yīng)用結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)A是一種已過時(shí)設(shè)計(jì)，試圖將所用通信協(xié)議適應(yīng)已有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際上又并不打算采納它們。，實(shí)質(zhì)上是一種不開放系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)交互式操作，很難適應(yīng)種類繁多設(shè)備檢測(cè)和控制要求，這種設(shè)計(jì)最終將被淘汰。結(jié)構(gòu)B似乎商家更喜歡，他們今產(chǎn)品宣傳時(shí)說"我們己經(jīng)采用了LonWorks，用戶可以混用不同廠家設(shè)備。"聽起來很不錯(cuò)，實(shí)際上，用戶并個(gè)能

12、自由選擇。當(dāng)用戶擴(kuò)建現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)，常常是不不繼續(xù)購(gòu)買原始供應(yīng)廠商設(shè)備。多個(gè)廠家設(shè)備要一個(gè)系統(tǒng)中協(xié)調(diào)集成，并非想象那樣容易。換言之，用戶想對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)升級(jí)、改造，或想換用其它廠家設(shè)備，只能用網(wǎng)關(guān)方案。原始廠內(nèi)專業(yè)領(lǐng)域仍舊是不開放。結(jié)構(gòu)C和結(jié)構(gòu)D開始考慮用戶要求，即互操作性，用戶可以一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間互操作，允許混合配置各種設(shè)備。盡管目前還僅限于設(shè)備層，價(jià)格便宜，但應(yīng)用前景看好。為什么有廠家愿意選結(jié)構(gòu)C，有又愿意選結(jié)構(gòu)D呢？主設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)時(shí)不同考慮。但對(duì)用戶來說，似乎并沒有多大區(qū)別。筆者認(rèn)為，LonWorks不會(huì)消火。不少?gòu)S家己經(jīng)他們產(chǎn)品系列中嵌有Lonworks，而要讓他們退出LonWor

13、ks，再改一種新標(biāo)準(zhǔn)是很困難，費(fèi)用也高。BACnet作為系統(tǒng)層協(xié)議一種選擇，潛優(yōu)勢(shì)更大。從目前情況來看，樓宇控制器頂尖級(jí)廠家這類應(yīng)用上，還沒有哪家選LonWorks。BACnet很適宜工作站級(jí)管理領(lǐng)域應(yīng)用，系統(tǒng)層協(xié)議有利于交互操作性，正如C、D結(jié)構(gòu)所期望，而BACnet正好能擔(dān)當(dāng)此任。盡管是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但各自都向同一目標(biāo)努力，那就是互操作性和對(duì)用戶開放。大多數(shù)人理解LonWorks與BACnet共同構(gòu)建樓宇控制系統(tǒng)需要。今大建成許多樓宇系統(tǒng)，正是采用了LonWorks與BACnet共同構(gòu)建方式。價(jià)格問題一直是用戶最關(guān)心問題之一，采用哪種協(xié)議或廠家標(biāo)準(zhǔn)，或LonWorks，或BACnet，成本相差

14、都不大。目前標(biāo)準(zhǔn)還未完全統(tǒng)一情況下，用戶可以實(shí)際工程需要合理選擇。BACnet和LonWorks最近都積極開發(fā)網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)人網(wǎng)絡(luò)集成、管理和維護(hù)。BACnet樓宇自動(dòng)化協(xié)議基礎(chǔ)上發(fā)展起來BACnet/IP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)與Internet無縫集成，為建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)集成體系結(jié)構(gòu)上提供了保證。Echelon公司新近推出iL0N 1000 Internet服務(wù)器，可以與Internet互連，可以IP網(wǎng)上標(biāo)準(zhǔn)例覽器界面來對(duì)LonWorks網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，還能實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議與IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，為共享同一網(wǎng)絡(luò)中信息資源提供了標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。4 結(jié)束語(yǔ)利用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議集成方法目前還未達(dá)到廣泛應(yīng)用，但它應(yīng)用前景看好，尤其是大系統(tǒng)和那些可能還要進(jìn)一步擴(kuò)容和升級(jí)系統(tǒng)，采用開放通信協(xié)議及相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)集成方法是今后發(fā)展方向。從樓宇控制領(lǐng)域來講，設(shè)備域上越來越分散，要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，遠(yuǎn)程診斷維護(hù)，Internet，將控制網(wǎng)絡(luò)和Internet結(jié)合將成為控制領(lǐng)域一個(gè)新方向。實(shí)現(xiàn)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)開放和互操作，一直是樓宇工程師和房產(chǎn)商共同期望。B